JP2013088181A - センサ出力補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの出力信号波形の補正精度を向上させることができるセンサ出力補正装置を提供する。
【解決手段】第１の回転角演算部２０Ａは、現時点から所定期間前までの一定期間τ内に読み込まれた複数の第１の出力信号Ｖ１から最小値Ｖ１_ｍｉｎと最大値Ｖ１_ｍａｘとを抽出し、それらの差ε（＝Ｖ１_ｍａｘ−Ｖ１_ｍｉｎ）を演算する。そして、差εの絶対値｜ε｜が所定の閾値αより小さいか否かを判別する。差εの絶対値｜ε｜が所定の閾値αより小さい場合には、前記最小値Ｖ１_ｍｉｎと前記最大値Ｖ１_ｍａｘとの中央値を、前記一定期間τにおける第１の出力信号Ｖ１の真値Ｖ１_ｔｒｕｅとして求める。真値の絶対値｜Ｖ１_ｔｒｕｅ｜が現在設定されているピーク値候補の絶対値より大きい場合には、真値Ｖ１_ｔｒｕｅをピーク値候補とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、センサの出力信号波形を補正するセンサ出力補正装置に関し、例えばトルク検出装置に用いられる磁気センサの出力信号波形を補正するセンサ出力補正装置に関する。

車両用操舵装置などに用いられるトルク検出装置は、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角を検出することにより、入力軸に加えられたトルクを演算する構成となっている。
この種のトルク検出装置として、入力軸に連結された環状の第１の多極磁石と、第１の多極磁石からの磁束をそれぞれ検出する複数の磁気センサの出力信号に基づいて入力軸の回転角を演算する入力軸回転角演算手段と、出力軸に連結された環状の第２の多極磁石と、第２の多極磁石からの磁束をそれぞれ検出する複数の磁気センサの出力信号に基づいて出力軸の回転角を演算する出力軸回転角演算手段と、入力軸の回転角と出力軸の回転に基づいて、入力軸に加えられたトルクを演算するトルク演算手段とを備えたものが既に提案されている。

特開平８−３５８５２号公報

前述したような従来のトルク検出装置においては、各磁気センサの出力信号波形は正弦波となることが望ましい。しかし、多極磁石の各磁極の磁力のばらつき等によって、各磁気センサの出力信号波形に歪が生じる。このため、入力軸の回転角および出力軸の回転角を正確に演算するためには、各磁気センサの出力信号波形を補正する必要がある。各磁気センサの出力信号波形の補正は、例えば各磁気センサの出力信号のピーク値を検出し、検出したピーク値とあらかじめ設定された基準振幅とに基づいて行うことができる。

しかしながら、磁気センサの出力信号はノイズを含んでいるため、ピーク値を誤検出するおそれがある。ピーク値を誤検出した場合には、磁気センサの出力信号波形の補正が正しく行われないため、入力軸および出力軸の回転角を正確に演算できなくなる。この結果、入力軸および出力軸の回転角から演算されるトルクの精度も低下する。
この発明の目的は、センサの出力信号波形の補正精度を向上させることができるセンサ出力補正装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、センサ（２１〜２４）の出力信号（Ｖ１〜Ｖ４）に基づいてセンサの出力信号波形を補正するセンサ出力補正装置であって、一定期間内の前記センサの出力信号に基づいて、当該一定期間内の前記センサの出力信号のばらつきが所定範囲内にあるか否かを判別する判別手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ１１，Ｓ１２）と、前記判別手段によって前記一定期間内の前記センサの出力信号のばらつきが所定範囲内にあると判別されたときに、前記一定期間内の前記センサの出力信号の最小値と最大値との中央値、前記一定期間内の前記センサの出力信号の平均値または前記一定期間内の前記センサの出力信号値のうち出現頻度が最も高い出力信号値を、前記一定期間における前記センサの出力信号の真値として演算する真値演算手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ１３）と、前記真値演算手段によって演算される前記センサの出力信号の真値に基づいて、前記センサの出力信号波形を補正する出力信号波形補正手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ２２７，Ｓ３２）とを含むセンサ出力補正装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明によれば、センサの出力信号の真値に基づいてセンサの出力信号波形を補正することができるので、センサの出力信号波形の補正精度を向上させることができる。
前記判別手段は、前記一定期間内の前記センサの出力信号の最小値と最大値との偏差を演算する偏差演算手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ１１）と、前記偏差演算手段によって演算された偏差の絶対値を所定の閾値との比較し、前記偏差の絶対値が前記所定の閾値より小さいときに、前記一定期間内の出力信号のばらつきが所定範囲内にあると判別する手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ１２）とを含むものであってもよい。

前記センサの出力信号波形が正弦波状の波形である場合において、前記出力信号波形補正手段は、前記真値演算手段によって演算された前記センサの出力信号の真値に基づいて、前記センサの出力信号のピーク値を検出するピーク値検出手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ２７）と、前記ピーク値検出手段によって検出されたピーク値に基づいて、前記センサの出力信号波形を補正する手段（２０Ａ，２０Ｂ，Ｓ３２）とを含むものであってもよい。

この構成では、センサの出力信号の真値に基づいて、センサの出力信号のピーク値が検出されるので、センサの出力信号のピーク値を正確に検出できるようになる。そして、検出されたピーク値を用いてセンサの出力信号波形が補正されているので、センサの出力信号波形の補正精度を向上させることができる。

図１は、この発明に係るセンサ出力補正装置を、車両用操舵装置に用いられるトルク検出装置に適用した場合の一実施形態の構成を示す模式図である。 図２は、第１の磁石の構成を示す模式図である。 図３は、第１および第２の磁気センサの出力信号波形を概略的に示す波形図である。 図４は、微小な一定期間内の第１の磁気センサの出力信号を示す波形図である。 図５は、ＥＣＵ内のメモリの内容の一部を示す模式図である。 図６は、第１の回転角演算部によって実行されるピーク値候補演算処理の手順を示すフローチャートである。 図７は、図６のステップＳ２の第１の出力信号のピーク値候補演算処理の詳細な手順を示すフローチャートである。 図８は、第１の回転角演算部によって実行される回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。 図９は、相対的極番号の設定処理を説明するための模式図である。

以下では、この発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係るセンサ出力補正装置を、車両用操舵装置に用いられるトルク検出装置に適用した場合の一実施形態の構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１は、入力軸２と、出力軸３と、これらの軸２，３を連結するトーションバー（連結軸）４とを含む。入力軸２には、ステアリングホイールなどの操舵部材５が連結される。出力軸３には、図示しない中間軸等を介して舵取機構が連結される。

入力軸２には、環状の第１の磁石（多極磁石）６が一体回転可能に連結されている。第１の磁石６の下側には、第１の磁石６の回転に応じて互いに位相差を有する正弦波状の信号をそれぞれ出力する２つの磁気センサ２１，２２が配置されている。
出力軸３には、環状の第２の磁石（多極磁石）７が一体回転可能に連結されている。第２の磁石７の上側には、第２の磁石７の回転に応じて互いに位相差を有する正弦波状の信号をそれぞれ出力する２つの磁気センサ２３，２４が配置されている。

各磁気センサ２１〜２４の出力信号は、入力軸２に加えられるトルクを演算するためのＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）２０に入力されている。なお、磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。
前記磁石６，７、前記磁気センサ２１〜２４およびＥＣＵ２０によって、トルク検出装置１０が構成されている。

ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータを含んでいる。マイクロコンピュータは、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ等）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部には、第１の回転角演算部２０Ａと、第２の回転角演算部２０Ｂと、トルク演算部２０Ｃとを含んでいる。

第１の回転角演算部２０Ａは、２つの磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて入力軸２の回転角（電気角θ_Ａ）を演算する。第２の回転角演算部２０Ｂは、２つの磁気センサ２３，２４の出力信号Ｖ３，Ｖ４に基づいて出力軸３の回転角（電気角θ_Ｂ）を演算する。
トルク演算部２０Ｃは、第１の回転角演算部２０Ａによって検出された入力軸２の回転角θ_Ａと第２の回転角演算部２０Ｂによって検出された出力軸３の回転角θ_Ｂとに基づいて、入力軸２に加えられたトルク（操舵トルク）を演算する。具体的には、操舵トルクＴは、トーションバー４のバネ定数をＫとし、各磁石６，７に設けられた磁極対数をＮとすると、次式(1)に基づいて演算される。

Ｔ＝｛（θ_Ａ−θ_Ｂ）／Ｎ｝×Ｋ …(1)
第１の磁石６、磁気センサ２１，２２および第１の回転角演算部２０Ａによって、入力軸２の回転角θ_Ａを検出するための第１の回転角検出装置が構成されている。また、第２の磁石７、磁気センサ２３，２４および第２の回転角演算部２０Ｂによって、出力軸３の回転角θ_Ｂを検出するための第２の回転角検出装置が構成されている。

第１の回転角検出装置の動作と第２の回転角装置の動作は同様なので、以下、第１の回転角検出装置の動作についてのみ説明する。
図２は、第１の磁石６の構成を示す模式図である。
第１の磁石６は、周方向に等角度間隔で配された４組の磁極対（Ｍ１，Ｍ２）（Ｍ３，Ｍ４）（Ｍ５，Ｍ６）（Ｍ７，Ｍ８）を有している。つまり、第１の磁石６は、等角度間隔で配置された８個の磁極Ｍ１〜Ｍ８を有している。各磁極Ｍ１〜Ｍ８は、入力軸の中心軸を中心として、４５°（電気角では１８０°）の角度間隔で配置されている。各磁極Ｍ１〜Ｍ８の磁力の大きさは、ほぼ一定である。

２つの磁気センサ２１，２２は、第１の磁石６の下側の環状端面に対向して、配置されている。これらの磁気センサ２１，２２は、入力軸２の中心軸を中心として電気角で９０°の角度間隔で配置されている。以下において、一方の磁気センサ２１を第１の磁気センサ２１といい、他方の磁気センサ２２を第２の磁気センサ２２という場合がある。
図２に矢印で示す方向を入力軸２の正方向の回転方向とする。そして、入力軸２が正方向に回転されると入力軸２の回転角が大きくなり、入力軸２が逆方向に回転されると、入力軸２の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ２１，２２からは、図３に示すように、入力軸２の回転に伴って、正弦波状の信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。なお、図３の横軸の回転角［ｄｅｇ］は、機械角を表している。

ただし、実際には、各出力信号波形Ｖ１，Ｖ２は、第１の磁石６の各磁極の磁力のばらつき等により正弦波とはならない。また、各出力信号Ｖ１，Ｖ２は、ノイズを含んでいる。第１の磁気センサ２１の出力信号Ｖ１を第１の出力信号Ｖ１といい、第２の磁気センサ２２の出力信号Ｖ２を第２の出力信号Ｖ２という場合がある。
各出力信号Ｖ１，Ｖ２が正弦波信号であると仮定し、入力軸２の回転角をθ_Ａ（電気角）とすると、第１の磁気センサ２１の出力信号Ｖ１は、Ｖ１＝Ａ１・sinθ_Ａと表され、第２の磁気センサ２２の出力信号Ｖ２は、Ｖ２＝Ａ２・sin（θ_Ａ＋９０°）＝Ａ２・cosθ_Ａと表される。Ａ１，Ａ２は、それぞれ振幅を表している。

これらの振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しいとみなすと、入力軸２の回転角θ_Ａは、両出力信号Ｖ１，Ｖ２を用いて、次式(2)に基づいて求めることができる。
θ_Ａ ＝tan^−１（sinθ_Ａ／cosθ_Ａ）
＝tan^−１（Ｖ１／Ｖ２） …(2)
前述したように、各出力信号波形Ｖ１，Ｖ２は、第１の磁石６の各磁極の磁力のばらつき等により正弦波とはならない。そこで、この実施形態では、各出力信号Ｖ１，Ｖ２のピーク値を検出し、検出したピーク値に基づいて、各出力信号Ｖ１，Ｖ２を補正（振幅補正）してから、入力軸２の回転角θ_Ａを演算するようにしている。また、各出力信号Ｖ１，Ｖ２は、ノイズを含んでいるので、この実施形態では、各出力信号Ｖ１，Ｖ２からノイズが除去された信号（真値）に基づいて、各出力信号Ｖ１，Ｖ２のピーク値を検出するようにしている。

出力信号Ｖ１，Ｖ２の真値の求め方について説明する。図４は、微小な一定期間τにおける第１の出力信号波形Ｖ１を示している。出力信号Ｖ１に含まれるノイズには、２ＬＳＢ（Least Significant Bit）〜３ＬＳＢの振幅を有するランダムノイズがある。一定期間τ内の本来の信号（真値）が一定であるとすると、本来の信号に−３ＬＳＢ〜＋３ＬＳＢのノイズを含んだ信号が観測され、当該期間τ内の出力信号の中央値が真値となるはずである。

そこで、この実施形態では、一定期間τ内にサンプリングされた複数の出力信号Ｖ１のばらつきが所定範囲α内にあるか否かが判別される。具体的には、例えば、当該一定期間τ内の出力信号Ｖ１の最大値と最小値との差の絶対値が、所定値αより小さいか否かが判別される。当該一定期間τ内の出力信号Ｖ１の最大値と最小値との差の絶対値が、所定値αより小さいときには、当該一定期間τ内の出力信号Ｖ１のばらつきが所定範囲α内にあると判別される。そして、当該一定期間τ内の出力信号Ｖ１のばらつきが所定範囲α内にあるときには、当該一定期間τ内の出力信号Ｖ１に所定の大きさ以上のノイズ成分（通常のランダムノイズの振幅より大きいノイズ成分）が含まれていないと判定して、前記最大値と前記最小値の中央値を現時点での出力信号Ｖ１の真値として求める。このような処理は、所定のサンプリング周期（後述する第１の演算周期）毎に行われる。

第１の回転角演算部２０Ａは、ピーク値候補演算処理および回転角演算処理とを並行して行なう。
回転角演算処理開始時において第１の磁気センサ２１が感知している磁極を基準磁極として、各磁極に相対的な番号を割り当てた場合の各磁極の番号を相対的極番号と定義する。第１の磁気センサ２１が感知している磁極の相対的極番号（以下、「第１の相対的極番号」という）を変数ｒ１で表し、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の相対的極番号（以下、「第２の相対的極番号」という）を変数ｒ２で表すことにする。なお、各相対的極番号ｒ１，ｒ２は、１から８の整数をとり、１より１だけ少ない相対的番号は８となり、８より１だけ大きい相対極番号は１となる。この実施形態では、回転角演算処理開始時において第１の磁気センサ２１が感知している磁極（基準磁極）には、例えば１の相対的番号が割り当てられる。

ＥＣＵ２０内のメモリ（たとえば、ＲＡＭ）には、図５に示すように、第１の相対的極番号ｒ１（１〜８）毎に、その相対的極番号ｒ１に対応する磁極に対して最新に検出された第１の出力信号Ｖ１のピーク値を記憶するための第１のピーク値記憶領域ｅ１と、第２の相対的極番号ｒ２（１〜８）毎に、その相対的極番号ｒ２に対応する磁極に対して最新に検出された第２の出力信号Ｖ２のピーク値を記憶するための第２のピーク値記憶領域ｅ２が設けられている。第１のピーク値記憶領域ｅ１および第２のピーク値記憶領域ｅ２内のピーク値の初期値は０である。

また、ＥＣＵ２０内のメモリ（たとえば、ＲＡＭ）には、第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補を記憶するための第１のピーク値候補記憶領域ｅ３と、第２の出力信号Ｖ２のピーク値候補を記憶するための第２のピーク値候補記憶領域ｅ４が設けられている。第１のピーク値候補記憶領域ｅ３および第２のピーク値候補記憶領域ｅ４内のピーク値候補の初期値は０である。

なお、回転角演算処理開始後において、全ての磁極に対するピーク値が検出されていないときに、各出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅（出力信号波形）を補正するために、出力信号Ｖ１，Ｖ２毎に振幅補正用ピーク値（絶対値）Ｐ１ｏ，Ｐ２ｏが予め決定されて、ＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶されている。第１の出力信号Ｖ１の振幅補正用ピーク値Ｐ１ｏは、例えば、当該車両用操舵装置が出荷される前に第１の出力信号Ｖ１の各磁極に対するピーク値を検出し、検出された各ピーク値の絶対値の平均値を演算することによって求めることができる。同様に、第２の出力信号Ｖ２の振幅補正用ピーク値Ｐ２ｏは、例えば、当該車両用操舵装置が出荷される前に第２の出力信号Ｖ２の各磁極に対するピーク値を検出し、検出された各ピーク値の絶対値の平均値を演算することによって求めることができる。

さらに、各出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅（出力信号波形）を補正するために用いられる基準振幅φが予め決定されて、ＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶されている。
図６は、第１の回転角演算部２０Ａによって実行されるピーク値候補演算処理の手順を示すフローチャートである。図６のピーク値候補演算処理は、所定の第１の演算周期毎に繰り返し実行される。

第１の回転角演算部２０Ａは、各磁気センサ２１，２２の出力信号（センサ値）Ｖ１，Ｖ２を読み込む（ステップＳ１）。なお、ＥＣＵ２０内のメモリには、所定回数前に読み込まれたセンサ値から最新に読み込まれたセンサ値までの複数回数分のセンサ値が記憶されるようになっている。
次に、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ１で読み込んだ第１の出力信号Ｖ１に基づいて、第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補演算処理を行なう（ステップＳ２）。この後、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ１で読み込んだ第２の出力信号Ｖ２に基づいて、第２の出力信号Ｖ２のピーク値候補演算処理を行なう（ステップＳ３）。そして、今演算周期でのピーク値候補演算処理を終了する。

図７は、図６のステップＳ２の第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補演算処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
第１の回転角演算部２０Ａは、現時点から所定期間前までの一定期間τ内に読み込まれた複数の第１の出力信号Ｖ１から最小値Ｖ１_ｍｉｎと最大値Ｖ１_ｍａｘとを抽出し、それらの差ε（＝Ｖ１_ｍａｘ−Ｖ１_ｍｉｎ）を演算する（ステップＳ１１）。そして、差εの絶対値｜ε｜が所定の閾値αより小さいか否かを判別する（ステップＳ１２）。閾値αは、図４に示すように、通常のランダムノイズの最大振幅の２倍より若干大きな値に設定される。

差εの絶対値｜ε｜が所定の閾値α以上である場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、第１の回転角演算部２０Ａは、前記一定期間τ内の出力信号Ｖ１に所定の大きさ以上のノイズ成分が含まれていると判別し、第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補を演算することなく、今演算周期での第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補演算処理を終了する。
一方、差εの絶対値｜ε｜が所定の閾値αより小さい場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、第１の回転角演算部２０Ａは、前記一定期間τ内の出力信号Ｖ１に所定の大きさ以上のノイズ成分が含まれていないと判別し、前記ステップＳ１１で抽出された最小値Ｖ１_ｍｉｎと最大値Ｖ１_ｍａｘとの中央値を、前記一定期間τにおける第１の出力信号Ｖ１の真値Ｖ１_ｔｒｕｅとして求める（ステップＳ１３）。

真値Ｖ１_ｔｒｕｅは、次式(3)で表される。
Ｖ１_ｔｒｕｅ＝Ｖ１_ｍｉｎ＋｛（Ｖ１_ｍａｘ−Ｖ１_ｍｉｎ）／２｝ …(3)
次に、第１の回転角演算部２０Ａは、前記ステップＳ１３で求められた真値Ｖ１_ｔｒｕｅの絶対値｜Ｖ１_ｔｒｕｅ｜が、メモリ内の領域ｅ３（図５参照）に記憶されている第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補（現在設定されているピーク値候補）の絶対値より大きいか否かを判別する（ステップＳ１４）。真値の絶対値｜Ｖ１_ｔｒｕｅ｜が現在設定されているピーク値候補の絶対値より大きい場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、第１の回転角演算部２０Ａは、前記ステップＳ１３で求められた真値Ｖ１_ｔｒｕｅを、第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補として、メモリ内の領域ｅ３に記憶する（ステップＳ１５）。つまり、第１の回転角演算部２０Ａは、領域ｅ３内のピーク値候補を更新する。

一方、真値の絶対値｜Ｖ１_ｔｒｕｅ｜が現在設定されているピーク値候補の絶対値以下である場合には、第１の回転角演算部２０Ａは、領域ｅ３内のピーク値候補を更新することなく（ステップＳ１４：ＮＯ）、今演算周期での第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補演算処理を終了する。
図６のステップＳ３の第２の出力信号Ｖ２のピーク値候補演算処理は、前述した第１の出力信号Ｖ１のピーク値候補演算処理と同様なので、その説明を省略する。

図８は、第１の回転角演算部２０Ａによって実行される回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。図８の回転角演算処理は、所定の第２の演算周期毎に繰り返し実行される。
第１の回転角演算部２０Ａは、各磁気センサ２１，２２の出力信号（センサ値）Ｖ１，Ｖ２を読み込む（ステップＳ２１）。なお、メモリには、所定回数前に読み込まれたセンサ値から最新に読み込まれたセンサ値までの、複数回数分のセンサ値が記憶されるようになっている。

前記ステップＳ２１で各センサ値Ｖ１，Ｖ２が読み込まれると、第１の回転角演算部２０Ａは、今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理であるか否かを判別する（ステップＳ２２）。今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理である場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、第１の回転角演算部２０Ａは、相対的極番号の設定処理を行う（ステップＳ２３）。具体的には、第１の回転角演算部２０Ａは、第１の相対的極番号ｒ１を１に設定する。また、第１の回転角演算部２０Ａは、第１の磁気センサ２１が感知している磁極と第２磁気センサ２２が感知している磁極とが同じである場合には第２の相対的極番号ｒ２を１に設定し、異なる場合には第２の相対的極番号ｒ２を２に設定する。

より具体的に説明する。たとえば、第１の磁石６の磁極Ｍ１と磁極Ｍ２とからなる磁極対が第１の磁気センサ２１を通過する際の、第１および第２の磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の信号波形を模式的に表すと、図９（ａ）（ｂ）に示すようになる。
図９（ａ）（ｂ）において、Ｓ１で示す領域は、第１の磁気センサ２１および第２の磁気センサ２２が共に磁極Ｍ１を感知している領域である。Ｓ２で示す領域は、第１の磁気センサ２１が磁極Ｍ１を感知し、第２の磁気センサ２２が磁極Ｍ２を感知している領域である。Ｓ３で示す領域は、第１の磁気センサ２１および第２の磁気センサ２２が共に磁極Ｍ２を感知している領域である。Ｓ４で示す領域は、第１の磁気センサ２１が磁極Ｍ２を感知し、第２の磁気センサ２２が磁極Ｍ３を感知している領域である。

つまり、領域Ｓ１およびＳ３では、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号は、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号と等しくなる。一方、領域Ｓ２およびＳ４では、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号は、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号より１だけ大きくなる。
領域Ｓ１においては、両センサ値Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ１≧０かつＶ２＞０の第１条件を満たす。領域Ｓ２においては、両センサ値Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ１＞０かつＶ２≦０の第２条件を満たす。領域Ｓ３においては、両センサ値Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ１≦０かつＶ２＜０の第３条件を満たす。領域Ｓ４においては、両センサ値Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ１＜０かつＶ２≧０の第４条件を満たす。

そこで、第１の回転角演算部２０Ａは、前記第１条件または前記第３条件を満たしている場合には、第１の相対的極番号ｒ１および第２の相対的極番号ｒ２を１に設定する。一方、前記第２条件または前記第４条件を満たしている場合には、第１の回転角演算部２０Ａは、第１の相対的極番号ｒ１を１に設定し、第２の相対的極番号ｒ２を２に設定する。
相対的極番号の設定処理が終了すると、第１の回転角演算部２０Ａは、第１の振幅補正処理を行なう（ステップＳ２４）。具体的には、第１の回転角演算部２０Ａは、予め設定されている各出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅補正用ピーク値Ｐ１ｏ，Ｐ２ｏを不揮発性メモリからそれぞれ取得する。そして、第１の回転角演算部２０Ａは、不揮発性メモリから取得した振幅補正用ピーク値Ｐ１ｏ，Ｐ２ｏと予め設定された基準振幅φとに基づいて、ステップＳ１で読み込まれた各出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅を補正する。補正後の各出力信号をそれぞれＶ１’，Ｖ２’とすると、Ｖ１’，Ｖ２’は、それぞれ次式(4)，(5)で表される。

Ｖ１’＝（Ｖ１／Ｐ１ｏ）×φ …(4)
Ｖ２’＝（Ｖ２／Ｐ２ｏ）×φ …(5)
第１の振幅補正処理が終了すると、第１の回転角演算部２０Ａは、振幅補正後の各出力信号Ｖ１’，Ｖ２’に基づいて、入力軸２の回転角（電気角）θ_Ａを演算する（ステップＳ２５）。具体的には、第１の回転角演算部２０Ａは、次式（6)に基づいて、入力軸２の回転角θ_Ａを演算する。そして、今演算周期での回転角演算処理を終了する。

θ_Ａ＝tan^−１（Ｖ１’／Ｖ２’） …(6)
前記ステップＳ２２において、今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理ではないと判別された場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６では、第１の回転角演算部２０Ａは、メモリに記憶されているセンサ値Ｖ１，Ｖ２に基づいて、センサ値Ｖ１，Ｖ２毎に、センサ値の符号が反転するゼロクロスを検出したか否かを判別する。

いずれかのセンサ値Ｖ１，Ｖ２に対してゼロクロスが検出された場合には（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、第１の回転角演算部２０Ａは、ゼロクロスが検出された出力信号に対してピーク値検出処理を行い、ピーク値（極大値または極小値）を検出したか否かを判定する（ステップＳ２７）。
ピーク値検出処理について具体的に説明する。前記ステップＳ２６でゼロクロスが検出された出力信号に対応する磁気センサをピーク値検出対象の磁気センサということにする。第１の回転角演算部２０Ａは、まず、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化したか否かを判別する。つまり、第１の回転角演算部２０Ａは、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が、当該磁気センサの出力信号のゼロクロスが前回検出された時点と、今回検出された時点とで、異なっているか同じであるかを判定する。入力軸２の回転方向が逆転した場合には、前記両時点においてピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が同じになる可能性がある。

この判定は、たとえば、ピーク値検出対象の磁気センサの出力信号のゼロクロスが前回検出された時点での入力軸２（磁石６）の回転方向と、当該出力信号のゼロクロスが今回検出された時点での入力軸２の回転方向が同じ方向であるか否かに基づいて行うことができる。すなわち、第１の回転角演算部２０Ａは、前記両時点での入力軸２の回転方向が同じ方向であれば、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化したと判定する。一方、前記両時点での入力軸２の回転方向が異なっていれば、第１の回転角演算部２０Ａは、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化していないと判定する。

ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化したと判定された場合には、第１の回転角演算部２０Ａは、ピーク値を検出したと判別するとともに、メモリの領域ｅ３またはｅ４に記憶されている当該磁気センサの出力信号に対応する現在のピーク値候補をピーク値として特定する。一方、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化していないと判定された場合には、第１の回転角演算部２０Ａは、ピーク値を検出しなかったと判定する。

なお、入力軸２の回転方向は、例えば、ゼロクロスが検出された出力信号の前回値および今回値と、他方の出力信号の今回値とに基づいて判定することができる。具体的には、ゼロクロスが検出された出力信号が第１の出力信号Ｖ１である場合には、「第１の出力信号Ｖ１の前回値が０より大きくかつその今回値が０以下であり、第２の出力信号Ｖ２が０より小さい」という条件、または「第１の出力信号Ｖ１の前回値が０未満でかつその今回値が０以上であり、第２の出力信号Ｖ２が０より大きい」という条件を満たしている場合には、回転方向は正方向（図２に矢印で示す方向）であると判定される。

一方、「第１の出力信号Ｖ１の前回値が０以上でかつその今回値が０未満であり、第２の出力信号Ｖ２が０より大きい」という条件、または「第１の出力信号Ｖ１の前回値が０以下でかつその今回値が０より大きく、第２の出力信号Ｖ２が０より小さい」という条件を満たしている場合には、回転方向は逆方向であると判定される。
ゼロクロスが検出された出力信号が第２の出力信号Ｖ２である場合には、「第２の出力信号Ｖ２の前回値が０より大きくかつその今回値が０以下であり、第１の出力信号Ｖ１が０より大きい」という条件、または「第２の出力信号Ｖ２の前回値が０未満でかつその今回値が０以上であり、第１の出力信号Ｖ１が０より小さい」という条件を満たしている場合には、回転方向は正方向（図２に矢印で示す方向）であると判定される。一方、「第２の出力信号Ｖ２の前回値が０以上でかつその今回値が０未満であり、第１の出力信号Ｖ１が０より小さい」という条件、または「第２の出力信号Ｖ２の前回値が０以下でかつその今回値が０より大きく、第１の出力信号Ｖ１が０より大きい」という条件を満たしている場合には、回転方向は逆方向であると判定される。

前記ステップＳ２７において、ピーク値が検出されたと判別されたときには（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、第１の回転角演算部２０Ａは、検出されたピーク値を、メモリのエリアｅ１またはｅ２に、前記ピーク検出対象の磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号ｒ１またはｒ２に対応するピーク値として記憶する（ステップＳ２８）。そして、第１の回転角演算部２０Ａは、相対的極番号の更新処理を行なう（ステップＳ２９）。具体的には、第１の回転角演算部２０Ａは、前記ピーク検出対象の磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号ｒ１またはｒ２を、入力軸２の回転方向に応じて、１だけ大きい番号または１だけ小さい番号に変更する。

入力軸２の回転方向が正方向（図２に矢印で示す方向）である場合には、第１の回転角演算部２０Ａは、前記ピーク検出対象の磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号ｒ１またはｒ２を、１だけ大きい番号に更新する。一方、入力軸２の回転方向が逆方向である場合には、第１の回転角演算部２０Ａは、前記ピーク検出対象の磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号ｒ１またはｒ２を、１だけ小さい番号に更新する。ただし、前述したように、”１”の相対的極番号に対して、１だけ小さい相対的極番号は、”８”となる。また、”８”の相対的極番号に対して、１だけ大きい相対的極番号は、”１”となる。

ステップＳ２９の処理が終了すると、第１の回転角演算部２０Ａは、前記ステップＳ２６でゼロクロスが検出された出力信号に対応するピーク値候補を０にリセットする（ステップＳ３０）。つまり、前記ステップＳ２６でゼロクロスが検出された出力信号が第１の出力信号である場合には、メモリのエリアｅ３の内容を０にする。一方、前記ステップＳ２６でゼロクロスが検出された出力信号が第２の出力信号である場合には、メモリのエリアｅ４の内容を０にする。

前記ステップＳ２７において、ピーク値が検出されなかったと判別されたときには（ステップＳ２７：ＮＯ）、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ２８およびステップＳ２９の処理を行なうことなく、ステップＳ３０に移行して、前記ステップＳ２６でゼロクロスが検出された出力信号に対応するピーク値候補を０にリセットする。
ステップＳ３０の処理が終了すると、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ３１に移行する。前記ステップＳ２６において、ゼロクロスが検出されなかったときにも（ステップＳ２６：ＮＯ）、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ３１に移行する。

ステップＳ３１では、第１の回転角演算部２０Ａは、回転角演算処理の開始後に、全ての磁極Ｍ１〜Ｍ８に対する第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２のピーク値が検出されているか否かを判別する。つまり、第１の回転角演算部２０Ａは、回転角演算処理の開始後に、１〜８の相対的極番号ｒ１に対応する第１の出力信号Ｖ１のピーク値および１〜８の相対的極番号ｒ２に対応する第２の出力信号Ｖ２のピーク値が検出されているか否かを判別する。

全ての磁極Ｍ１〜Ｍ８に対する第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２のピーク値が検出されていない場合には（ステップＳ３１：ＮＯ）、第１の回転角演算部２０Ａは、ステップＳ２４に移行する。したがって、この場合には、ステップＳ１で読み込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２が、不揮発性メモリに記憶されている振幅補補正用ピーク値に基づいて補正され、この補正後の出力信号Ｖ１’，Ｖ２’に基づいて、入力軸２の回転角θ_Ａが演算される。

前記ステップＳ３１において、全ての磁極Ｍ１〜Ｍ８に対する第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２のピーク値が検出されていると判別された場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、第１の回転角演算部２０Ａは、第２の振幅補正処理を行なう（ステップＳ３２）。具体的には、第１の回転角演算部２０Ａは、メモリの領域ｅ１（図５参照）から第１の磁気センサ２１に対して現在特定されている相対的極番号ｒ１に対応するピーク値Ｐ１ｘを取得するとともに、メモリの領域ｅ２から第２の磁気センサ２２に対して現在特定されている相対的極番号ｒ２に対応するピーク値Ｐ２ｘを取得する。そして、第１の回転角演算部２０Ａは、取得した各ピーク値Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘと予め設定されている基準振幅φとに基づいて、ステップＳ１で読み込まれた各出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅を補正する。振幅補正後の各出力信号をそれぞれＶ１’，Ｖ２’とすると、補正後の第１および第２の出力信号Ｖ１’，Ｖ２’は、それぞれ次式（7）(8)に基づいて演算される。

Ｖ１’＝（Ｖ１／Ｐ１ｘ）×φ …(7)
Ｖ２’＝（Ｖ２／Ｐ２ｘ）×φ …(8)
第２の振幅補正処理が終了すると、第１の回転角演算部２０Ａは、振幅補正後の各出力信号Ｖ１’，Ｖ２’に基づいて、入力軸２の回転角（電気角）θ_Ａを演算する（ステップＳ３３）。具体的には、次式(9)に基づいて、入力軸２の回転角θ_Ａを演算する。そして、今演算周期での回転角演算処理を終了する。

θ_Ａ＝tan^−１（Ｖ１’／Ｖ２’） …(9)
上記実施形態によれば、磁気センサの出力信号に基づいてノイズが除去された真値が演算され、得られた真値に基づいてピーク値候補が演算されている。そして、真値から演算されたピーク値候補に基づいて、磁気センサの出力信号のピーク値が求められている。したがって、磁気センサの出力信号のピーク値を正確に検出できるようになる。

また、このようにして求められたピーク値を用いて、磁気センサの出力信号の振幅（出力信号波形）が補正されているので、精度の高い振幅補正（出力信号波形の補正）を行うことができる。これにより、トルク検出装置１０によるトルクの検出精度を向上させることができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、図７のステップＳ１３において、一定期間τ内の第１の出力信号Ｖ１の最小値Ｖ１_ｍｉｎと最大値Ｖ１_ｍａｘとの中央値を、前記一定期間τにおける第１の出力信号Ｖ１の真値Ｖ１_ｔｒｕｅとして求めているが、前記一定期間τ内の第１の出力信号Ｖ１の平均値または前記一定期間τ内の第１の出力信号値のうち出現頻度が最も高い出力信号値を、前記一定期間τにおける第１の出力信号Ｖ１の真値Ｖ１_ｔｒｕｅとして求めるようにしてもよい。第２の出力信号Ｖ２についても同様に、一定期間τ内の第２の出力信号Ｖ２の平均値または一定期間τ内の第２の出力信号値のうち出現頻度が最も高い出力信号値を、前記一定期間τにおける第２の出力信号Ｖ２の真値として求めるようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、２つの磁気センサ２１，２２を用いて入力軸２の回転角を検出しているが、３つ以上の磁気センサを用いて入力軸２の回転角を検出するようにしてもよい。同様に、３つ以上の磁気センサを用いて出力軸３の回転角を検出するようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、この発明をトルク検出装置に適用した場合について説明したが、ブラシレスモータのロータの回転角を検出する回転角検出装置等の回転体の回転角を検出する装置にも、この発明を適用することができる。さらに、この発明は、回転角を検出するために用いられるセンサ以外のセンサの出力信号波形を補正する場合にも適用することができる。

この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

２…入力軸、３…出力軸、４…トーションバー、６，７…磁石、１０…トルク検出装置、２０…ＥＣＵ、２１〜２４…磁気センサ、２０Ａ…第１の回転角演算部、２０Ｂ…第２の回転角演算部、２０Ｃ…トルク演算部

Claims (3)

1. センサの出力信号に基づいてセンサの出力信号波形を補正するセンサ出力補正装置であって、
   一定期間内の前記センサの出力信号に基づいて、当該一定期間内の前記センサの出力信号のばらつきが所定範囲内にあるか否かを判別する判別手段と、
   前記判別手段によって前記一定期間内の前記センサの出力信号のばらつきが所定範囲内にあると判別されたときに、前記一定期間内の前記センサの出力信号の最小値と最大値との中央値、前記一定期間内の前記センサの出力信号の平均値または前記一定期間内の前記センサの出力信号値のうち出現頻度が最も高い出力信号値を、前記一定期間における前記センサの出力信号の真値として演算する真値演算手段と、
   前記真値演算手段によって演算される前記センサの出力信号の真値に基づいて、前記センサの出力信号波形を補正する出力信号波形補正手段とを含む、センサ出力補正装置。
2. 前記判別手段は、
   前記一定期間内の前記センサの出力信号の最小値と最大値との偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差演算手段によって演算された偏差の絶対値を所定の閾値との比較し、前記偏差の絶対値が前記所定の閾値より小さいときに、前記一定期間内の出力信号のばらつきが所定範囲内にあると判別する手段とを含む、請求項１に記載のセンサ出力補正装置。
3. 前記センサの出力信号波形が正弦波状の波形であり、
   前記出力信号波形補正手段は、
   前記真値演算手段によって演算された前記センサの出力信号の真値に基づいて、前記センサの出力信号のピーク値を検出するピーク値検出手段と、
   前記ピーク値検出手段によって検出されたピーク値に基づいて、前記センサの出力信号波形を補正する手段とを含む、請求項１または２に記載のセンサ出力補正装置。

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